Химико-термическая обработка стали и поверхностное упрочнение наклепом

Физические основы химико-термической обработки. Цементация. Азотирование. Цианирование. Диффузионная металлизация. Дробеструй­ный наклеп.

При изучении основ химико-термической обработки следует исхо­дить из того, что принципы химико-термической обработки едины. Про­цесс химико-термической обработки состоит из выделения атомов насы­щающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. Поэтому рассмот­рите реакции в газовой среде при цементации или азотировании и усвой­те современные представления о процессе диффузии в металлах. В боль­шинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред, а поэтому нужно знать наиболее удачные варианты на­сыщения для каждого метода химико-термической обработки и конеч­ные результаты (поверхностное упрочнение и изменение физико-хими­ческих свойств).

Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-тер­мической обработки. Уясните преимущества и области использования цементации, азотирования, цианирования и различных видов диффузион­ной металлизации. Объясните влияние легирования на механизм форми­рования структуры поверхностного слоя. Рассмотрите сущность и назна­чение дробеструйного поверхностного наклепа и его влияние на эксплуа­тационные свойства деталей машин.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключаются физические основы химико-термической об­работки? 2. Химизм процесса азотирования. 3. Химизм процесса цемен­тации. 4. Назначение цементации и режим термической обработки после нее. 5. Чем отличаются режимы цементации легированной и углеродистой стали? 6. Каковы свойства цементированных и азотированных изделий? 7. Химизм и назначение процесса цианирования. 8. В чем различие между диффузионным и гальваническим хромированием? 9. Для каких целей и как производится нитроцементация? 10. Сущность и назначение процес­са борирования. 11. Как изменяются свойства изделий при дробеструй­ной обработке и какова природа этих изменений? 12. Как влияет поверх­ностное упрочнение на эксплуатационные характеристики изделий?

Конструкционные стали

Конструкционные стали общего назначения. Цементуемые, улучшае­мые, пружинно-рессорные стали. Высокопрочные мартенситостареющие стали. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы.

Нужно усвоить принципы маркировки сталей и уметь по-маркировке определить состав и особенности данной стали, а также иметь общее пред­ставление о разных группах стали.

Разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение струк­туры и свойств стали, особое внимание уделите технологическим особен­ностям термической обработки легированной стали различных групп.

Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализо­ванном состоянии и, что особенно важно для машиностроителей, по на­значению), основные принципы выбора для различного назначения цемен­туемых, улучшаемых, пружинно-рессорных, износостойких, высоко­прочных, нержавеющих, жаропрочных и других сталей.

При изучении жаропрочных сталей обратите внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температу­рах. Уясните сущность явления ползучести и основные характеристики жаропрочности; каковы предельные рабочие температуры и области применения сталей различного структурного класса.

В качестве примеров указать две-три марки стали каждой группы, расшифровать состав, назначить режим термической обработки и охарак­теризовать структуру, свойства и область применения.

Вопросы для самопроверки

1. Укажите химический состав сталей марок: 40, 20Х, 30ХГСА, 50Г, Г13, ШХ15, 18Х2Н4ВА, 5ХНМ, Х18Н9Т, Н18К8М5Т. 2. Как класси­фицируются конструкционные стали по технологии термической обработ­ки? 3. Какие требования предъявляются к цементуемым изделиям? 4. Чем определяется выбор марки цементуемой стали для изделий раз­личного назначения? Приведите примеры марок стали, используемых в различных условиях работы. 5. Какова термическая обработка цемен­туемых деталей? 6. Чем объясняется назначение процесса улучшения для конструкционной стали? 7. Как влияет степень легирования на механи­ческие свойства улучшаемой стали? 8. Чем определяется выбор марки улучшаемой стали для изделий различного назначения? Приведите при­меры марок стали, используемых в различных условиях работы. 9. Какие требования предъявляются к рессорно-пружинным сталям? 10. Приведи­те примеры марок стали для рессор и пружин, работающих в различных ус­ловиях. 11. Термическая обработка рессорно-пружинной стали. 12. Какие вы знаете износостойкие стали? 13. Каковы особенности мартенситно-стареющих сталей? 14. Приведите примеры марок высокопрочной стали, укажите режим обработки. 15. Каковы требования, предъявляемые к нержавеющим сталям? 16. В чем сущность электрохимической коррозии (основы теории)? 17. Укажите марки хромистых нержавеющих сталей. их состав, термическую обработку, свойства и назначение. 18. Укажите марки хромоникелевых нержавеющих сталей, их свойства, состав, терми­ческую обработку, назначение. 19. Что такое окалиностойкость? 20. Ка­ковы требования, предъявляемые к жаростойким сталям? 21. Какими способами можно повысить окалиностойкость? 22. Каковы требования, предъявляемые к жаропрочным сталям? 23. В чем сущность явления ползучести? 24. Приведите определения предела ползучести и предела длительной прочности. Что такое скорость ползучести? 25. Какими спо­собами можно повысить жаропрочность стали? Объясните природу упроч­нения. 26. Приведите примеры жаропрочных сталей перлитного, мартен-ситного и аустенитного классов. Укажите их состав, обработку, свой­ства и области применения. 27. Каковы особенности и области примене­ния металлокерамических сплавов?

Инструментальные стали

Классификация и маркировка инструментальных сталей. Стали, не обладающие и обладающие теплостойкостью. Стали для режущего, измерительного и штампов ого инструмента. Твердые сплавы.

Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от назначения инструмента и в связи с этим рассмотрите основные эк сплуатационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните причины их высокой красно­стойкости и особенности термической обработки.

При изучении штамповых сталей необходимо различать условия работы штампов для деформирования в холодном состоянии и штампов для деформирования в горячем состоянии.

Студент обязан уметь выбрать марку стали для инструмента раз­личного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термичес­кой обработки, объяснить сущность происходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства.

Вопросы для самопроверки

1. Укажите химический состав сталей марок: У10, 9ХС, ХВГ, Р18, Р18Ф2, Р9К10, Р9М4К8, Х12, 6ХВ2С, Х12М. 2. Как классифицируются инструментальные стали? 3. Требования, предъявляемые к сталям для режущего инструмента. 4. Приведите примеры углеродистых и легиро­ванных сталей, используемых для режущего инструмента. Укажите их состав, режим термической обработки, структуру и свойства. 5. Укажите и расшифруйте основные марки быстрорежущей стали. 6. В чем сущ­ность явления красностойкости и каким образом можно повысить крас­ностойкость инструмента? 7. Какова термическая обработка быстроре­жущей стали? 8. Как подразделяются штамповые стали? Требования, предъявляемые к штамповым сталям для деформирования металла в холодном состоянии и к сталям для деформирования металла в горячем состоянии. 9. Какие стали применяются для штампов холодной штам­повки? Укажите их состав, термическую обработку, структуру и свой­ства. 10. Какие стали применяются для пресс-форм литья под давле­нием? 11. Какие требования предъявляются к сталям для измерительно- ' го инструмента? Укажите марки стали, их состав, термическую обработ­ку, структуру и свойства. 12. Что представляют собой твердые сплавы? Каковы их свойства и преимущества? 13. Укажите марки твердых спла­вов, их состав и назначение.

Специальные сплавы

В этом разделе изучают стали и сплавы, обладающие особыми физи­ческими свойствами: магнитные, с заданным коэффициентом теплового расширения и электрическим сопротивлением, а также новые сплавы на основе титана, никеля, кобальта и тугоплавких металлов.

Необходимо знать требования, предъявляемые к каждой группе сплавов, и их назначение. В качестве примеров укажите две-три марки стали или сплава данной группы, расшифруйте их состав и укажите режим термической обработки с объяснением происходящих структурных пре­вращений, охарактеризуйте получаемую структуру и свойства.

Обратите внимание на использование титановых сплавов как в ка­честве конструкционных, работающих при обычных температурах, так и в качестве жаропрочных. Уясните преимущества, предельные температуры и области использования сплавов на основе титана, никеля и ко­бальта.

Общая характеристика и перспективы использования сплавов на основе тугоплавких металлов (молибдена, вольфрама, хрома, тантала, ниобия, циркония).

Вопросы для самопроверки

1. Как классифицируются магнитные стали и сплавы? Требования, предъявляемые к магнитомягким и магнитотвердым материалам. 2. Ка­кие вы знаете магнитомягкие стали и сплавы? Укажите их состав, свой­ства и назначение. 3. Какие вы знаете магнитотвердые материалы? Укажи­те их состав, термическую обработку, свойства и назначение. 4. Какие требования предъявляются к сплавам с высоким электросопротивлени­ем? Приведите примеры таких сплавов с указанием их состава, структу­ры, свойств и области применения. 5. Приведите примеры сплавов с осо­бенностями теплового расширения. Их состав, свойства и назначение. 6. Какие вы знаете сплавы с заданными упругими свойствами? Их состав, свойства и назначение. 7. Каковы особенности титановых сплавов и об­ласти их применения? 8. Какой термической обработке подвергают спла­вы на основе титана? 9. Приведите примеры сплавов на основе титана. Укажите их состав, обработку, свойства и область применения. 10. То же, о сплавах на основе никеля. 11. То же, о сплавах на основе кобальта. 12. То же, о сплавах на основе тугоплавких металлов.